A colorimetric multivariable feedback control system for test environment ambient light control

Kasvanut informaatiovirran määrä, uudet käyttötarkoitukset sekä kehittyneet näyttöteknologiat ovat luoneet tarpeen matkapuhelimien näyttöjen toimivuudelle ja näin ollen myös testaukselle eri ympäristönvalaistusolosuhteissa. Laajamittaisessa vertailukelpoisuuteen tähtäävässä subjektiivisessa testauksessa avainsanoja ovat toistettavuus ja helppous, jonka takia jo aiemmin oli kehitetty erilaisten valaistusominaisuuksien toistamiseksi lampuilla varustettu testitila. Tästä laitteistosta kuitenkin puuttui toimiva säätöjärjestelmä. Tutkimuksen tavoitteena oli suunnitella ja toteuttaa tähän testitilaan toimiva robusti takaisinkytketty kolorimetrinen ohjausjärjestelmä joka pystyisi kompensoimaan virhelähteitä. Lähtökohtana pidettiin havainnoitsijana toimivaa ihmistä, tavoitteena havaitun värivaikutelmaeron minimointi. Työssä sovellettiin tähän liittyvää aiempaa tutkimusta, tärkeimpinä CIEDE2000 värierolaskenta ja kolorimetria. Pääpaino oli uuden säätöalgoritmin kehittämisellä ja implementoinnilla. Valaistuksen säätö pohjautuu metameriaan ja sen tarkoitus oli kyetä tuottamaan haluttu värikoordinaatti ja valaistusvoimakkuus sekä mahdollistaa näiden reaaliaikainen korjaaminen. Takaisinkytkentä systeemin tilasta saatiin miniatyyrispektroradiometrin avulla. Säätöalgoritmissa yhdistettiin sekä klassinen PID-säädin että massapisteisiin perustuva säätö jossa jokainen valonlähde mallinnettiin väridiagrammiin sen värikoordinaatin perusteella. Algoritmin taustalla oli idea siitä, että jokainen lamppu toimisi näin eräänlaisena työntävänä tai vetävänä kromaattisena painovoimapisteenä. Tutkimuksen tavoite saatiin täytettyä ja toimiva säädin sekä kehitettyä että implementoitua. Vaikeuksia olivat lamppujen ristikkäisvaikutukset, ympäristön ainutlaatuisuus, ihmisen näköjärjestelmän monimutkaisuus ja adaptoituminen. Työssä korostui erityisesti alkuarvauksen tärkeys, kohteen sijainti väriavaruudessa ja valitun lamppukokoonpanon oikeellisuus. Ilmenneet kehitysehdotukset keskittyivät laitteiston kehittämiseen, älykkääseen säätöparametrien virittämiseen ja alkuarvauksen tarkentamiseen.Increased information flow, new use cases and developed display technologies have created a need for mobile phone display functionality and thus also for testing those all in different ambient light conditions. In extensive subjective tests aiming to test comparability, reproducibility and easiness are the key figures. This is why a test room for illumination reproduction equipped with different light sources had been previously developed. The goal of this thesis was to develop and implement a robust colorimetric feedback control system for this test environment that would be functional and capable of compensating error sources. The starting point was a human observer and color difference minimization the goal. Also previous studies were applied, CIEDE2000 color difference calculation and colorimetry being most important. Emphasis was on the development and implementation of a new controlling algorithm. Light controlling is based on metamerism and the target was to achieve the ability to produce wanted chromaticity coordinate and illuminance and control them in real-time. The feedback from the system state was received using a miniature spectroradiometer. The controlling combined both classis PID controller and gravity based controlling where every light source was modeled into a chromaticity diagram according to its color coordinate. The idea behind the algorithm was that each lamp would work as a pushing or a pulling chromatic gravity point. The goal of the study was fulfilled and a working controller was both developed and implemented. The difficulties were lamps' cross effects, a unique environment, human vision complexity and adaptation. Initial guesses importance, target's location in a color gamut and chosen lamp configuration were emphasized. Development proposals focused on test environment development, intelligent controller parameter tuning and initial state guess specifying